非对称多孔氧化铝纳米通道的构筑及离子输运特性研究

经济的持续高速发展迫使人们急切地需要寻找清洁高效能源。仿细胞膜的人工离子通道膜的结构不对称性和多维多尺度的孔道结构，为高效能源器件的设计和制备提供了多种独特优势。由于单孔膜通量小、稳定性不足，多孔膜已成为仿生离子通道膜的重要研究对象。本项目采用阳极氧化方法，通过控制温度、氧化电压等影响因素来调节纳米通道的结构，制备具有规整阵列的锥形及分枝型多孔氧化铝纳米通道薄膜；并在通道内表面修饰光电功能分子，研究外场光能作用下电解质溶液离子的输运特性，及光敏材料与电解质间的电子转移及能量转化规律。本项目将采用绿色、环保的方法，获得大面积孔径均匀、排列有序、性能稳定的非对称多孔纳米通道膜，多孔纳米通道的结构协同效应及多功能化的反应界面为构建高效能量转换器件将起到积极的促进作用。

项目围绕课题任务计划书，开展了性能稳定的氧化铝纳米通道对高通量的离子输运性能的调控研究，设计和制备了具有结构非对性的分支型、漏斗形、及锥形结构，总结了通道结构非对称性对通道表面电荷的影响，结构非对性、结构多尺度特征对离子输运性能的影响，实现了非对称纳米通道对离子选择性及定向输运的调控，获得离子整流性能可控的纳米体二极管器件。进而对比设计和研究了化学非对称性的沙漏形氧化铝纳米通道的离子输运规律，研究了通道多功能化的表面与离子整流特性之间的关系。设计和制备了光响应分子（联吡啶钌N3）修饰的锥形氧化铝纳米通道，探究了通道在可见光照下对离子输运性能的非线性增强规律及离子整流特性，获得了直接光照导致离子电流选择性增大的能量转换开关。通过研究，初步建立以多孔氧化铝纳米通道为基础的非对称结构调控的离子整流模型，结构协同效应及多功能化的反应界面为设计新型的仿生纳米通道提供了基础和有价值的参考，为构建高效能量转换器件将起到积极的促进作用。现已超额完成研究任务，累计共发表SCI收录论文5篇。申请发明专利3项，已获授权1项。培养硕士研究生4名。